Linux網(wǎng)橋?qū)崿F(xiàn)分析-STP的實(shí)現(xiàn)分析

1、#1  Linux網(wǎng)橋?qū)崿F(xiàn)分析-第三部份，STP的實(shí)現(xiàn)分析初步Linux網(wǎng)橋?qū)崿F(xiàn)分析作者：kendo版權(quán)所有，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注冊(cè)出處第三部份，STP的實(shí)現(xiàn)分析初步一、STP的框架結(jié)構(gòu)STP發(fā)送的是wikiBPDU/wiki包，該包有所有兩種類型：配置和TCN（拓樸變更通知）；對(duì)于BPDU包的處理，有兩種：接收和發(fā)送（廢話），對(duì)于配置類型的BPDU包的發(fā)送，它是靠定時(shí)器來完成的，參BPDU包的幾個(gè)定時(shí)器參數(shù)；對(duì)于wikiTCP/wiki類型的BPDU包的發(fā)送，從名字可以看出來，它是當(dāng)發(fā)現(xiàn)拓樸結(jié)構(gòu)發(fā)生變更時(shí)發(fā)送的，如本機(jī)網(wǎng)橋配置的變化，物理接口的變動(dòng)，分析其它機(jī)器變動(dòng)后發(fā)出來的STP包

2、等等。BPDU的封包采用的是IEEE802封包（本想把封包結(jié)構(gòu)的圖片貼上來，找不著在哪兒上傳圖片）。前面分析過， br_handle_frame函數(shù)中，當(dāng)網(wǎng)橋開啟了STP，且根據(jù)目的物理地址判斷出這是一個(gè)STP包，則交給br_stp_handle_bpdu函數(shù)處理。br_stp_handle_bpdu函數(shù)主要是判斷是哪種類型的BPDU包，然后調(diào)用相關(guān)的處理函數(shù)，即：if(type=config)    br_received_config_bpdu();else if(type=tcn)    br_received_tcn_bpdu();這是對(duì)接收到B

3、PDU包的處理，關(guān)于config類型的BPDU包的發(fā)送，后面再分析；TCN包的發(fā)送，有一部份是在接收包處理過程中處理的（因?yàn)榉治鯿onfig類型的BPDU包的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)拓樸變更，當(dāng)然要發(fā)送TCN包了），所以這里一起來分析。二、Config類型的BPDU包的接收處理這個(gè)處理過程是在拆完BPDU包后，調(diào)用br_received_config_bpdu函數(shù)完成的。還是得先交待一些理論的東西：STPwiki協(xié)議/wiki最終是為了在網(wǎng)絡(luò)中生成一棵無環(huán)狀的樹，以期消除廣播風(fēng)暴以及單播數(shù)據(jù)幀對(duì)網(wǎng)絡(luò)的影響。它始終在選舉三樣?xùn)|東：1、根網(wǎng)橋；2、根端口；3、“指定端口”和“指定網(wǎng)橋”（這三個(gè)概念非常重要，如果

4、你還不清楚，建議查閱相關(guān)文檔先，否則下邊的代碼分析也無從談起了）然后再根據(jù)選舉出來的這三個(gè)東東，確定端口的狀態(tài)：阻塞、轉(zhuǎn)發(fā)、學(xué)習(xí)、監(jiān)聽、禁用要選舉出這三樣?xùn)|東，得有一個(gè)判斷標(biāo)志，即算法，STP的判斷標(biāo)準(zhǔn)是：1、判斷根橋ID，以最小的為優(yōu)；2、判斷到根橋的最小路徑開銷；3、確定最小發(fā)送發(fā)BID（Sender BID）4、確定最小的端口ID如果前面你查閱了BPDU的封包結(jié)構(gòu)，根橋ID、最小路徑開銷、發(fā)送方網(wǎng)橋的ID、端口ID這幾個(gè)概念應(yīng)該沒有問題了，不過這里還是簡單交一下：1、根橋ID，我們配置了網(wǎng)橋后，用brctl命令會(huì)發(fā)現(xiàn)8000.XXXXXX這樣一串，這就是網(wǎng)橋的ID號(hào)，用一標(biāo)識(shí)每一個(gè)網(wǎng)橋，

5、后面的XXXX一般的橋的MAC地址，這樣ID值就不會(huì)重復(fù)。根橋ID，是指網(wǎng)絡(luò)中所有網(wǎng)橋的ID值最小的那一個(gè)，對(duì)應(yīng)的具有根橋ID的橋，當(dāng)然也是網(wǎng)絡(luò)的根橋了；2、最小路徑開銷動(dòng)態(tài)路由中也類似這個(gè)概念，不過這里用的不是跳數(shù)（局域網(wǎng)不比廣域網(wǎng)，不一定跳數(shù)大就慢，比如跳數(shù)小，是10M鏈路，跳數(shù)大的卻是千兆鏈路），最初的開銷定義為1000M/鏈種帶寬，當(dāng)然，這種方式不適用于萬兆網(wǎng)了所以后來又有一個(gè)新的，對(duì)每一種鏈路定義一個(gè)常數(shù)值詳請(qǐng)請(qǐng)查閱相關(guān)資料；3、發(fā)送方ID網(wǎng)橋之前要收斂出一個(gè)無環(huán)狀拓樸，就需要互相發(fā)送BPDU包，當(dāng)然需要把自己的ID告訴對(duì)方，這樣對(duì)方好拿來互相比較；4、端口ID端口ID由優(yōu)先級(jí)+端口

6、編號(hào)組成，用于標(biāo)識(shí)某個(gè)橋的某個(gè)端口，后面比較時(shí)好用。生成樹算法就是利用上述四個(gè)參數(shù)在判斷，判斷過程總是相同的：1、確定根橋，橋ID最小的（即把包中的橋ID，同自己以前記錄的那個(gè)最小的橋ID相比，機(jī)器加電時(shí)，總是以自己的橋ID為根橋ID）的為根橋；2、確定最小路徑開銷；3、確定最小發(fā)送方ID；4、確定最小的端口ID：這四步非常地重要，后面的所以比較都是這四個(gè)步驟。有了這些概念，來看看對(duì)config類型的BPDU包的處理：void br_received_config_bpdu(struct net_bridge_port *p, struct br_config_bpdu *bpdu) 

7、;       struct net_bridge *br;        int was_root;        if (p->state = BR_STATE_wikiDIS/wikiABLED)                return;        

8、br = p->br;        read_lock(&br->lock);        /*自己是根橋嗎？用自己的br_ID和BPDU包中的根ID相比較*/        was_root = br_is_root_bridge(br);                /

9、*比橋BPDU包中的信息(bpdu)和原先的對(duì)應(yīng)的信息(p)，如果需要更新，返回1，相同返回0，不需更新返回-1*/        if (br_supersedes_port_info(p, bpdu)                 /*刷新自己的相關(guān)信息*/                br_record_config_infor

10、mation(p, bpdu);                /*進(jìn)行root_bridge、port的選舉*/                br_configuration_update(br);                /*設(shè)置端口狀態(tài)*/    

11、60;          br_port_state_selection(br);以上這一段的邏輯概念很簡單：1、把收到的BPDU包中的參數(shù)同自己原先記錄的相比較，（遵循前面說的四個(gè)比較步驟），以判斷是否需要進(jìn)行更新br_supersedes_port_info(p, bpdu)。2、如果判斷需要進(jìn)行更新，即上述四個(gè)步驟中，有任意一項(xiàng)有變動(dòng)，則刷新自己的保存記錄：br_record_config_information(p, bpdu);3、因?yàn)橛凶儎?dòng)，就需要改變自己的配置了：br_configuration_update(br);即

12、前面說的，根據(jù)四步判斷后選舉根橋（注：根橋不是在這里選舉的，前文說過，它是定時(shí)器定時(shí)發(fā)送BPDU包，然后收到的機(jī)器只需改變自己的記錄即可）、根端口、指定端口；4、設(shè)置物理端口的轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)：br_port_state_selection2.1 br_supersedes_port_info(p, bpdu)/* called under bridge lock */static int br_supersedes_port_info(struct net_bridge_port *p, struct br_config_bpdu *bpdu)      &#

13、160; int t;/*第一步*/        t = memcmp(&bpdu->root, &p->designated_root, ;        if (t < 0)                return 1;        else if (t >

14、 0)                return 0;/*第二步*/        if (bpdu->root_path_cost < p->designated_cost)                return 1;        else if (

15、bpdu->root_path_cost > p->designated_cost)                return 0;/*第三步，要同兩個(gè)橋ID比：已記錄的最小發(fā)送ID和自己的ID*/        t = memcmp(&bpdu->bridge_id, &p->designated_bridge, ;       

16、0;if (t < 0)                return 1;        else if (t > 0)                return 0;        if (memcmp(&bpdu->bridge_id, &

17、p->br->bridge_id, )                return 1;/*第四步*/        if (bpdu->port_id <= p->designated_port)                return 1;       

18、; return 0;2.2 br_record_config_information如果檢測(cè)到有變動(dòng)，則刷新自己的記錄先：/* called under bridge lock */static void br_record_config_information(struct net_bridge_port *p, struct br_config_bpdu *bpdu)        p->designated_root = bpdu->root;       

19、; p->designated_cost = bpdu->root_path_cost;        p->designated_bridge = bpdu->bridge_id;        p->designated_port = bpdu->port_id;/*設(shè)置時(shí)間戳，關(guān)于STP的時(shí)間處理，后面來分析*/        br_timer_set(&p

20、->message_age_timer, jiffies - bpdu->message_age);p對(duì)應(yīng)的四個(gè)成員的概念對(duì)照BPDU封包結(jié)構(gòu)，不難理解其含義：        p->designated_root：                指定的根網(wǎng)橋的網(wǎng)橋ID        p->designated_cost ：   

21、60;            指定的到根橋的鏈路花銷        p->designated_bridge：                指定的發(fā)送當(dāng)前BPDU包的網(wǎng)橋的ID        p->designated_port：       

22、        指定的發(fā)送當(dāng)前BPDU包的網(wǎng)橋的端口的ID2。3 br_configuration_update前面說過，根橋的選舉不是在這里進(jìn)行，這里進(jìn)行根端口和指定端口的選舉/* called under bridge lock */void br_configuration_update(struct net_bridge *br)                        b

23、r_root_selection(br);/*選舉根端口*/        br_designated_port_selection(br);/*選舉指定端口*/2.3.1 根端口的選舉br_root_selection根端口的選舉同樣是以上四個(gè)步驟，只是有一點(diǎn)小技巧：它逐個(gè)遍歷橋的每一個(gè)所屬端口，找出一個(gè)符合條件的，保存下來，再用下一個(gè)來與之做比較，用變量root_port 來標(biāo)志：/* called under bridge lock */static void br_root_selection(struct net_bridg

24、e *br)        struct net_bridge_port *p;        int root_port;        root_port = 0;/*獲得橋的所屬端口列表*/        p = br->port_list;/*這個(gè)循環(huán)非常重要，它遍歷橋的每一個(gè)端口，進(jìn)行以上四步判斷，找到一個(gè)，將其“保存”下來，然后再用下一個(gè)與

25、保存的相比較，直至遍歷完，找到最優(yōu)的那個(gè)，這個(gè)“保存”打了引號(hào)，是因?yàn)樗鼉H僅是記當(dāng)了端口編號(hào)：root_port = p->port_no;，然后再將其傳遞給比較函數(shù)br_should_become_root_port*/        while (p != NULL)                 if (br_should_become_root_port(p, root_port)    

26、                   root_port = p->port_no;                p = p->next;                br->root_port = root_port;/*找完

27、了還沒有找到，則認(rèn)為自己就是根橋*/        if (!root_port)                 br->designated_root = br->bridge_id;                br->root_path_cost = 0;      &#

28、160;  /*否則記錄相應(yīng)的值*/               else                 p = br_get_port(br, root_port);                br->designated_root = p->designated_ro

29、ot;                br->root_path_cost = p->designated_cost + p->path_cost;        br_should_become_root_port函數(shù)用以判斷端口p是否應(yīng)該變成根端口，與它相比較的是原來那個(gè)根端口，函數(shù)第二個(gè)參數(shù)則為此的ID號(hào)，在函數(shù)中調(diào)用 br_get_port獲取該端口：/* called under bridge lock */

30、static int br_should_become_root_port(struct net_bridge_port *p, int root_port)        struct net_bridge *br;        struct net_bridge_port *rp;        int t;        br = p->br;

31、/*若當(dāng)前端口是關(guān)閉狀態(tài)或?yàn)橐粋€(gè)指定端口，則不參與選舉，返回*/        if (p->state = BR_STATE_DISABLED |            br_is_designated_port(p)                return 0;/*在根端口的選舉中，根橋是沒有選舉權(quán)的*/    

32、   if (memcmp(&br->bridge_id, &p->designated_root,  <= 0)                return 0;/*沒有指定等比較的端口ID（因?yàn)榈谝淮嗡跏蓟癁?的）*/        if (!root_port)         

33、0;      return 1;/*獲取待比較的根端口*/        rp = br_get_port(br, root_port);/*又是四大步，像打藍(lán)球*/        t = memcmp(&p->designated_root, &rp->designated_root, ;        if (t < 0)   

34、             return 1;        else if (t > 0)                return 0;        if (p->designated_cost + p->path_cost <     &

35、#160;      rp->designated_cost + rp->path_cost)                return 1;        else if (p->designated_cost + p->path_cost >              &#

36、160;  rp->designated_cost + rp->path_cost)                return 0;        t = memcmp(&p->designated_bridge, &rp->designated_bridge, ;        if (t < 0) 

37、;               return 1;        else if (t > 0)                return 0;        if (p->designated_port < rp->designated_port) 

38、              return 1;        else if (p->designated_port > rp->designated_port)                return 0;        if (p->port_id <

39、 rp->port_id)                return 1;        return 0;這樣，遍歷完成后，根端口就被選出來了。2。3。2 指定端口的選舉br_designated_port_selection/* called under bridge lock */static void br_designated_port_selection(struct net_bridge *br)  &#

40、160;     struct net_bridge_port *p;        p = br->port_list;        while (p != NULL)                 if (p->state != BR_STATE_DISABLED &&   

41、0;                br_should_become_designated_port(p)                        br_become_designated_port(p);             

42、  p = p->next;        事實(shí)上這個(gè)過程與根端口的選舉過程極為類似，沒有分析的必要了！2。3。3 端口狀態(tài)選擇/* called under bridge lock */void br_port_state_selection(struct net_bridge *br)        struct net_bridge_port *p;        p = br->port

43、_list;        while (p != NULL)                 if (p->state != BR_STATE_DISABLED)                         if (p->port_no = br->roo

44、t_port)                                 p->config_pending = 0;                             &

45、#160;  p->topology_change_ack = 0;                                br_make_forwarding(p);                    

46、0;    else if (br_is_designated_port(p)                                 br_timer_clear(&p->message_age_timer);              

47、0;                 br_make_forwarding(p);                         else                     

48、0;           p->config_pending = 0;                                p->topology_change_ack = 0;           

49、0;                    br_make_blocking(p);                                            

50、;            p = p->next;        函數(shù)的邏輯結(jié)構(gòu)也很簡單：遍歷整個(gè)橋所屬端口：while (p != NULL)如果端口已經(jīng)DISABLED，則沒有判斷的必要了：p->state != BR_STATE_DISABLED如果端口是根端口，或者是指定端口，就讓讓它forwarding，否則就讓它blocking：             

51、;           if (p->port_no = br->root_port)                                 p->config_pending = 0;           &#

52、160;                    p->topology_change_ack = 0;                                br_make_forwarding(p);   

53、;                      else if (br_is_designated_port(p)                                 br_timer_clear(&p->messa

54、ge_age_timer);                                br_make_forwarding(p);                         else    

55、;                             p->config_pending = 0;                                p-&

56、gt;topology_change_ack = 0;                                br_make_blocking(p);                        /* call

57、ed under bridge lock */static void br_make_forwarding(struct net_bridge_port *p)        if (p->state = BR_STATE_BLOCKING)                 printk(KERN_INFO "%s: port %i(%s) entering %s staten",   &#

58、160;                   p->br->, p->port_no, p->dev->name, "listening");                p->state = BR_STATE_LISTENING;       

59、         br_timer_set(&p->forward_delay_timer, jiffies);        /* called under bridge lock */static void br_make_blocking(struct net_bridge_port *p)        if (p->state != BR_STATE_DISABLED &&

60、0;           p->state != BR_STATE_BLOCKING)                 if (p->state = BR_STATE_FORWARDING |                    p->state = BR_STATE_

61、LEARNING)                        br_topology_change_detection(p->br);                printk(KERN_INFO "%s: port %i(%s) entering %s staten",    

62、;                   p->br->, p->port_no, p->dev->name, "blocking");                p->state = BR_STATE_BLOCKING;        

63、0;       br_timer_clear(&p->forward_delay_timer);        都是設(shè)置p->state 相應(yīng)狀態(tài)位就可以了！ 三、選舉完成之后實(shí)在不會(huì)取名字了，前面分析了br_received_config_bpdu中前面的判斷、刷新、選舉、設(shè)置端口狀態(tài)的過程，然而，如果橋認(rèn)為當(dāng)前這個(gè)BPDU是一個(gè)“最優(yōu)的”（即符合前面判斷四步中的某一步），所作的動(dòng)作不止于此：1、如果因?yàn)檫@個(gè)BPDU導(dǎo)致拓樸變化了，如自己以前是根橋，現(xiàn)在不是了，需要發(fā)送T

64、CN包，進(jìn)行通告；2、需要把這個(gè)BPDU包繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)下去（如果自己收到數(shù)據(jù)的端口是根端口的話，那么就有可能有許多交換機(jī)（網(wǎng)橋）串在自己的指定端口下邊，總得把這個(gè)包能過指定端口再發(fā)給它們吧，否則交換機(jī)就不叫交換機(jī)了）指下來繼續(xù)看代碼：/*前面說的第1步*/                     if (!br_is_root_bridge(br) && was_root)         &#

65、160;               br_timer_clear(&br->hello_timer);                        if (br->topology_change_detected)            

66、0;                    br_timer_clear(&br->topology_change_timer);                                br_transmit_tcn(br);                             &